專利名稱：一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)本實用新型涉及一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)。近兩年，激光技術(shù)發(fā)展迅速，在高平均功率和大單脈沖能量兩個技術(shù)指標(biāo)上都取得了突破性的進(jìn)展。特別是1.06 μ m波段附近，即摻鐿粒子增益介質(zhì)，已獲得IO4W平均功率以及IO6W峰值功率的激光輸出。已有的文獻(xiàn)報道和激光器產(chǎn)品中，連續(xù)波光纖光源大多采用高功率連續(xù)波激光振蕩器結(jié)構(gòu)；脈沖波的光纖光源是由脈沖光源和功率放大器兩部分組成；如果是超短脈沖光源，還需加入脈沖展寬器和脈沖壓縮器，實現(xiàn)啁啾脈沖放大與脈沖壓縮。顯而易見，采用此種原理和結(jié)構(gòu)搭建的光纖光源的輸出光譜為單一頻段，輸出波長范圍對應(yīng)于增益光纖的增益譜區(qū)。一般地，要實現(xiàn)高能量多波長的激光輸出，或者是激光頻率的變換，需要借助于非線性晶體或者光子晶體光纖。頻率轉(zhuǎn)換的效率與相位匹配的滿足程度有直接關(guān)系，即當(dāng)基頻光在某處激發(fā)的倍頻光/參量光與已經(jīng)產(chǎn)生的、傳播到此處的倍頻光/參量光干涉相長時，才能實現(xiàn)較高的轉(zhuǎn)換效率。但是，無論是采用非線性晶體和光子晶體光纖，都需要將光纖激光器的輸出端與非線性器件進(jìn)行光路調(diào)整、參數(shù)匹配、以及耦合封裝等等，工序復(fù)雜，成本較高。本實用新型克服了上述技術(shù)的不足，提供了一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，通過激光基頻波長的調(diào)諧以及傳輸模式的選擇，可以實現(xiàn)參量激光波長的調(diào)諧，在進(jìn)行基頻激光功率放大的同時，實現(xiàn)激光頻率的轉(zhuǎn)換，獲得參量激光輸出。為實現(xiàn)上述目的， 本實用新型采用了下列技術(shù)方案:一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，包括有用于發(fā)射鎖模光纖激光的種子光源100，所述種子光源100的輸出端連接有用于對光脈沖進(jìn)行濾波并獲取負(fù)啁啾脈沖的負(fù)啁啾脈沖選擇器200，所述負(fù)啁啾脈沖選擇器200輸出端連接有用于預(yù)防大負(fù)啁啾脈沖的基頻光預(yù)防大器300，所述基頻光預(yù)放大器300輸出端連接有用于放大功率以及放大非線性頻率轉(zhuǎn)換參量的非線性光纖放大器400，所述非線性光纖放大器400輸出端為該系統(tǒng)的輸出端。所述的種子光源100包括第一波分復(fù)用器102，所述第一波分復(fù)用器102復(fù)合輸出端順次連接有第一增益光纖103、第一分束器104、偏振控制器105、偏振分束器106和第一光隔離器107，所述第一波分復(fù)用器102 —輸入端連接有第一泵浦原101，所述第一波分復(fù)用器102另一輸入端與第一光隔離器107輸出端連接,所述第一分束器104另一輸出端為種子光源100的輸出端。所述負(fù)啁啾脈沖選擇器200包括光纖環(huán)形器202，所述光纖環(huán)形器202輸入端連接有第二分束器201，所述第二分束器201的輸入端與種子光源100的輸出端連接，所述第二分束器201另一輸出端為監(jiān)測端口，所述光纖環(huán)形器202 —輸出端連接有光纖光柵203,所述光纖環(huán)形器202另一輸出端作為負(fù)啁啾脈沖選擇器200的輸出端。所述基頻光預(yù)放大器300包括第二波分復(fù)用器302，所述第二波分復(fù)用器302的輸入端與負(fù)啁啾脈沖選擇器200的輸出端連接，所述第二波分復(fù)用器302輸入端連接有第二泵浦源301，所述第二波分復(fù)用器302輸出端連接有第二增益光纖303，所述第二增益光纖303作為基頻光預(yù)放大器300的輸出端。所述非線性光纖放大器400包括泵浦合束器404，所述泵浦合束器404輸入端連接有第二光隔離器403，所述第二光隔離器403的輸入端與基頻光預(yù)防大器300的輸出端連接，所述浦合束器404還連接有第三泵浦源401，所述泵浦合束器404的輸出端連接有第三增益光纖405，所述第三增益光纖405輸出端作為非線性光纖放大器400的輸出端。所述第三增益光纖405為保偏雙包層增益光纖、非保偏雙包層增益光纖、螺旋手性結(jié)構(gòu)增益光纖或光子晶體增益光纖。本實用新型的有益效果是:1、本實用新型使激光在光纖增益介質(zhì)中能量放大同時實現(xiàn)激光頻率的轉(zhuǎn)換，獲得多個波長的激光輸出。2、本實用新型通過基頻波長的調(diào)諧以及傳輸模式的選擇，可獲得參量激光波長的調(diào)諧輸出。3、本實用新型將激 光放大器和頻率轉(zhuǎn)換器的功能合二為一，不僅簡化了多波長激光器的結(jié)構(gòu)，而且大幅降低了激光器的制造成本。4、本實用新型可用于多色激光同步輸出，光學(xué)顯微成像，相干反斯托克斯拉曼成像，醫(yī)學(xué)檢測等多個應(yīng)用領(lǐng)域。

圖1為本實用新型的多波長非線性放大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實用新型的多波長非線性放大系統(tǒng)基頻光放大器和非線性放大器示意圖。圖3為本實用新型實施例一結(jié)構(gòu)示意圖。
以下結(jié)合附圖與本實用新型的實施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的描述:如圖1所示，一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于:包括有用于發(fā)射鎖模光纖激光的種子光源100，所述種子光源100的輸出端連接有用于對光脈沖進(jìn)行濾波并獲取負(fù)啁啾脈沖的負(fù)啁啾脈沖選擇器200，所述負(fù)啁啾脈沖選擇器200輸出端連接有用于預(yù)防大負(fù)啁啾脈沖的基頻光預(yù)防大器300，所述基頻光預(yù)防大器300輸出端連接有用于放大功率以及放大非線性頻率轉(zhuǎn)換參量的非線性光纖放大器400，所述非線性光纖放大器400輸出端為該系統(tǒng)的輸出端。如上所述，本實用新型提出的的多波長非線性光纖放大系統(tǒng)，即在進(jìn)行基頻激光(CO1)功率放大的同時，實現(xiàn)激光頻率的轉(zhuǎn)換，獲得參量激光(ω2)輸出。如圖1所示，多波長非線性光纖放大器由種子光源100、負(fù)啁啾脈沖選擇器件200、基頻光預(yù)放大器300和非線性光纖放大器400，四部分組成。[0024]所述的多波長非線性光纖放大器內(nèi)部光路均為光纖和光纖耦合器件相連接，確保了全光纖結(jié)構(gòu)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。所述的種子光源100為光纖脈沖激光器，其輸出的脈沖經(jīng)過器件200獲取負(fù)啁啾脈沖，所述負(fù)啁啾脈沖選擇器件200并不局限于特定的光學(xué)元件，可為符合激光工作波長要求的光纖啁啾光柵、光子晶體光纖，或者是針對振蕩器輸出具有特殊啁啾分布的脈沖的濾波器件。如圖2所示，所述的基頻光預(yù)放大器300，可為單模光纖放大器或者雙包層放大器，目的將負(fù)啁啾脈沖選擇器件200輸出的平均功率為毫瓦量級的脈沖放大至數(shù)百毫瓦，待放大激光注入基頻光預(yù)放大器300后，通過第二波分復(fù)用器302或泵浦合束器將待放大激光與第二泵浦源301合束，共同進(jìn)入第二增益光纖303中，進(jìn)行預(yù)放大。此光纖放大器的作用是將負(fù)啁啾激光的單脈沖能量進(jìn)行初步提升，以滿足后續(xù)多模光纖放大器對注入光的能量需求。如圖2所示，所述的非線性光纖放大器400為多模光纖放大器，預(yù)放大后的激光經(jīng)過第二光隔離器403進(jìn)行單向隔離，再經(jīng)過泵浦合束器404進(jìn)入多模放大器中。所述的泵浦合束器可為(2+1) X 1、(6+1) X I或者(η+1)Χ1。合束后的第三泵浦源401與預(yù)放大的激光一同注入第三增益光纖405中，可將基頻光(ω i)的平均功率從數(shù)百毫瓦放大到數(shù)十瓦或更高，超過非線性混頻的閾值。光纖纖芯可傳輸多個激光模式，實現(xiàn)不同波長在不同模式中傳輸，并保持相同的群速度，實現(xiàn)多波長脈沖的同時放大輸出。實施例一:如圖3所示，所述的種子光源100包括第一波分復(fù)用器102，所述第一波分復(fù)用器102復(fù)合輸出端順次連接有第一增益光纖103、第一分束器104、偏振控制器105、偏振分束器106和第一光隔離器107 ，所述第一波分復(fù)用器102 —輸入端連接有第一泵浦原101，所述第一波分復(fù)用器102另一輸入端與第一光隔離器107輸出端連接,所述第一分束器104另一輸出端為種子光源100的輸出端。所述負(fù)啁啾脈沖選擇器200包括光纖環(huán)形器202，所述光纖環(huán)形器202輸入端連接有第二分束器201，所述第二分束器201的輸入端與種子光源100的輸出端連接，所述第二分束器201另一輸出端為監(jiān)測端口，所述光纖環(huán)形器202 —輸出端連接有光纖光柵203,所述光纖環(huán)形器202另一輸出端作為負(fù)啁啾脈沖選擇器200的輸出端。 所述基頻光預(yù)放大器300包括第三波分復(fù)用器302，所述第二波分復(fù)用器302的輸入端與負(fù)啁啾脈沖選擇器200的輸出端連接，所述第二波分復(fù)用器302輸入端連接有第二泵浦源301，所述第二波分復(fù)用器302輸出端連接有第二增益光纖303，所述第二增益光纖303作為基頻光預(yù)放大器300的輸出端。所述非線性光纖放大器400包括泵浦合束器404，所述泵浦合束器404輸入端連接有第二光隔離器403，所述第二光隔離器403的輸入端與基頻光預(yù)放大器300的輸出端連接，所述浦合束器404還連接有第三泵浦源401，所述泵浦合束器404的輸出端連接有第三增益光纖405，所述第三增益光纖405輸出端作為非線性光纖放大器400的輸出端。所述第三增益光纖405為保偏雙包層增益光纖、非保偏雙包層增益光纖、螺旋手性結(jié)構(gòu)增益光纖或光子晶體增益光纖。其中，第三泵浦源401并不限制泵浦源的數(shù)量，所述所有第三泵浦(401與泵浦合束器404的泵浦輸入端連接。如上所述，本實施例為一種取代鈦寶石超短脈沖激光器的方案，采用非線性摻鐿光纖放大器，可以實現(xiàn)與鈦寶石輸出波段相同的皮秒或者飛秒脈沖激光輸出，即在大模場摻鐿雙包層光纖中進(jìn)行基頻激光1036nm ( ω J功率放大的同時，獲得參量激光827nm ( ω2)的輸出，兩種波長的脈沖寬度在皮秒量級。所述的種子光源100為摻鐿光纖激光振蕩器，如圖3所示。其中，第一泵浦源101為單模光纖耦合的半導(dǎo)體激光器，中心波長977nm，作為種子光激光器的泵浦源；第一波分復(fù)用器102為980/1040nm的波分復(fù)用器；第一增益光纖103為摻鐿單模光纖；第一分束器104為1040nm波段的分束器，分束比為30:70，其中30%端口為輸出端，器輸出端與負(fù)啁啾脈沖選擇器200的輸入端連接；偏振控制器105其輸出端用于監(jiān)測激光器的工作狀態(tài)，如鎖模脈沖序列及輸出波長的穩(wěn)定程度；偏振分束器106為1040nm波段的偏振分束器；第一光隔離器107為1040nm波段的偏振無關(guān)的光隔離器；第二分束器201為1040nm波段的分束器，分束比為1:99，其中1%端口也為激光器的監(jiān)測端口。所述的負(fù)啁啾脈沖選擇裝置200由光纖環(huán)形器202和光纖光柵203組成。其中，光纖環(huán)形器的端口 I為輸入端，端口 2為公共端，端口 3為輸出端；光纖光柵203為1036nm光纖光柵，帶寬lnm。由于激光振蕩器由全正色散光纖器件組成，因此輸出的脈沖的中部基本為線性正啁啾，而在上升沿和下降沿都具有負(fù)啁啾。通過適當(dāng)調(diào)節(jié)激光器的輸出光譜，可以獲得所需的負(fù)啁啾脈沖種子光。所述的基頻光預(yù)放大器300，其中，第二波分復(fù)用器302為980/1040nm波分復(fù)用器；第二泵浦源301為單模光纖耦合的半導(dǎo)體激光器，中心波長977nm，作為預(yù)放大器的泵浦源；第二增益光纖303為摻鐿單模光纖。該預(yù)放大器可將種子脈沖的平均功率從2mW提升到IOOmW。所述的非線性光纖放大器400，其中，第三泵浦源401和第四泵浦源402為多模光纖耦合的泵浦源，為多模光纖 非線性放大器提供泵浦能量。第二光隔離器403為高功率光隔離器；泵浦合束器404用于將預(yù)放大的輸出激光和第三泵浦源401高功率泵浦光合束；第三增益光纖405為摻鐿雙包層光纖,纖芯/包層直徑為9/128,數(shù)值孔徑為0.21。該光纖的 V 參數(shù)為 5.7，在 1036nm 可傳輸 LPtll、LPtl2、LP11、LP12、LP21、LP31，共六個模式，而在 827nm可傳輸 LPQ1、LP02> LP03> LPn、LP12、LP21 > LP22> LP31 > LP41,共九個模式。高效率的非線性頻率變換需要滿足相位匹配要求。多模光纖中的相位匹配可以依靠模式色散來補(bǔ)償不同波長的材料色散，最終實現(xiàn)總色散相近或相同。該款9/128光纖，LP12模式中1036nm波長的總色散為-271ps/km/nm，LP22模式中827nm波長的總色散為-274nm/km/nm。由于兩波長具有近乎相同的群速度，可以滿足非線性頻率變換的相位匹配要求。本實施例實現(xiàn)了 827nm與1036nm的雙波長激光的同時輸出，依靠模式色散引入的色散差，補(bǔ)償不同波長的材料色散，滿足了相位匹配條件。通過改變注入種子光波長(O1)和選取不同的傳輸模式，可以實現(xiàn)參量光(ω2)的調(diào)諧輸出。
權(quán)利要求1.一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于:包括有用于發(fā)射鎖模光纖激光的種子光源(100)，所述種子光源(100)的輸出端連接有用于對光脈沖進(jìn)行濾波并獲取負(fù)啁啾脈沖的負(fù)啁啾脈沖選擇器(200)，所述負(fù)啁啾脈沖選擇器(200)輸出端連接有用于預(yù)防大負(fù)啁啾脈沖的基頻光預(yù)防大器(300)，所述基頻光預(yù)放大器(300)輸出端連接有用于放大功率以及放大非線性頻率轉(zhuǎn)換參量的非線性光纖放大器(400)，所述非線性光纖放大器(400)輸出端為該系統(tǒng)的輸出端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于所述的種子光源(100)包括第一波分復(fù)用器(102)，所述第一波分復(fù)用器(102)復(fù)合輸出端順次連接有第一增益光纖(103)、第一分束器(104)、偏振控制器(105)、偏振分束器(106)和第一光隔離器(107)，所述第一波分復(fù)用器(102) 一輸入端連接有第一泵浦原(101)，所述第一波分復(fù)用器(102)另一輸入端與第一光隔離器(107)輸出端連接,所述第一分束器(104)另一輸出端為種子光源(100)的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于所述負(fù)啁啾脈沖選擇器(200)包括光纖環(huán)形器(202)，所述光纖環(huán)形器(202)輸入端連接有第二分束器(201)，所述第二分束器(201)的輸入端與種子光源(100)的輸出端連接，所述第二分束器(201)另一輸出端為監(jiān)測端口，所述光纖環(huán)形器(202 ) 一輸出端連接有光纖光柵(203 )，所述光纖環(huán)形器(202)另一輸出端作為負(fù)啁啾脈沖選擇器(200)的輸出端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于所述基頻光預(yù)放大器(300)包括第二波分復(fù)用器(302)，所述第二波分復(fù)用器(302)的輸入端與負(fù)啁啾脈沖選擇器(200)的輸出端連接，所述第二波分復(fù)用器(302)輸入端連接有第二泵浦源(301)，所述第二波分復(fù)用器(302)輸出端連接有第二增益光纖(303)，所述第二增益光纖(303)作為基頻光預(yù)放大器(300)的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4 所述的一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于所述非線性光纖放大器(400 )包括泵浦合束器(404 )，所述泵浦合束器(404 )輸入端連接有第二光隔離器(403)，所述第二光隔離器(403)的輸入端與基頻光預(yù)防大器(300)的輸出端連接，所述浦合束器(404 )還連接有第三泵浦源(401)，所述泵浦合束器(404 )的輸出端連接有第三增益光纖(405),所述第三增益光纖(405)輸出端作為非線性光纖放大器(400)的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于所述第三增益光纖(405)為保偏雙包層增益光纖、非保偏雙包層增益光纖、螺旋手性結(jié)構(gòu)增益光纖或光子晶體增益光纖。
專利摘要本實用新型公開了一種多波段非線性光纖放大系統(tǒng)，其特征在于包括有用于發(fā)射鎖模光纖激光的種子光源100，所述種子光源100的輸出端連接有用于對光脈沖進(jìn)行濾波并獲取負(fù)啁啾脈沖的負(fù)啁啾脈沖選擇器200，所述負(fù)啁啾脈沖選擇器200輸出端連接有用于預(yù)防大負(fù)啁啾脈沖的基頻光預(yù)防大器300，所述基頻光預(yù)放大器300輸出端連接有用于放大功率以及放大非線性頻率轉(zhuǎn)換參量的非線性光纖放大器400，所述非線性光纖放大器400輸出端為該系統(tǒng)的輸出端。本實用新型通過激光基頻波長的調(diào)諧以及傳輸模式的選擇，可以實現(xiàn)參量激光波長的調(diào)諧，在進(jìn)行基頻激光功率放大的同時，實現(xiàn)激光頻率的轉(zhuǎn)換，獲得參量激光輸出。
文檔編號H01S3/10GK203119284SQ20132007177
公開日2013年8月7日 申請日期2013年2月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月7日
發(fā)明者梁崇智, 曾和平, 郝強(qiáng) 申請人:廣東漢唐量子光電科技有限公司